压电打印头及其制造方法技术

压电打印头由平行于第二压电致动器布置的第一压电致动器形成。该第一和第二压电致动器有一个布置在它们之间的公共内电极，第一控制电极布置在第一压电致动器的一个外侧表面上，第二控制电极布置在第二压电致动器的一个外侧表面上。这些致动器是由具有布置在一陶瓷基底上的一压电层的块材形成的，其中，压电层中有以金属胶形式嵌入其中的二种平行的，不同的电极排列形式。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及喷墨打印机，更具体说，涉及用于压电喷墨打印机头的新型电极排列形式。
技术介绍
当电场施加于压电材料或合成物上时，电场将改变它的尺寸。在压电式按需喷滴的喷墨打印机中，当利用压电传感器或致动器使墨腔的薄壁变形时，将造成墨腔中压力的变化，并导致形成墨滴和墨滴从小孔中喷出。到目前为止，在获得高清晰度压电式打印头方面的困难之一是如何限制打印头的大小。打印头的大小与压电传感器的大小直接相关。为获得足够的墨液排出量，需要比较大的传感器，但是，这与为获得必要的打印质量和密度(即，清晰度)而必须在一个较小的区域内安排大量传感器是不相符的。另一个困难在于设计一种能提供足够墨液排出量的致动器，以在合理外加电压条件下喷出墨滴。在努力解决上述困难中所采用的一种方法是将压电棒或其他结构的一端贴至形成墨腔一壁的可变形薄膜上。当施加电信号时，压电材料被激发至导致其扩张并推动薄膜导致墨腔体积变化的“直接模式”。墨腔体积的变化造成墨滴的形成，随后，墨滴通过小孔喷出至纸页上。直接模式有二种主要类型。第一种通常称为“D31模式”。在D31模式中，压电传感器的变形方向与压电材料的极化和所施加的电场相垂直。一般来说，运行在D31模式中的压电传感器是以阵列形式彼此平行排列的，电极则布置在每个个体传感器之间。当每单位施加于每个个体传感器电压的位移比较大时，墨腔薄膜的总位移局限于每个个体传感器的位移量。换言之，每个个体传感器的位移是相互平行的，并没有位移的累积。其结果是，必须有大量的个体传感器元件和相应很大的打印头才能获得高清晰度的打印效果。另一种直接模式通常称之为“D33模式”。在D33模式中，压电传感器的变形方向与压电材料的极化和所施加的电场相平行。在D33模式中，可以将多个压电层堆叠起来以得到累积的位移。与D33模式相伴的一个困难是如何精确控制每个个体打印致动器以实现按需喷滴打印。为控制这些致动器，必须将它们连接至一控制信号。在致动器电极处于暴露的外表面上时，连接比较简单。然而，为获得高清晰度，则必须将许多致动器布置成一个紧密相间的阵列。在这种布置中，要接触到内部的电极则往往是困难的。这样，即使是只用平行的二列致动器，也至少会有不容易接触到的二个内部电极表面。因此，需要有一种压电打印头，它能以小的或紧凑的组件形式提供高清晰度的打印效果。希望是，这种压电打印头被构造成具有容易接触(即，连接)到的电极，以控制打印头的运转。也还需要有一种制造压电打印头的方法，它可以使制造一种在有限区域内包含大量传感器，能容易达到高清晰度打印要求的打印头变得更为方便。
技术实现思路
压电打印头包括一个平行于第二压电致动器布置的第一压电致动器，该第一和第二致动器具有一个布置在它们之间的共有内电极。第一控制电极布置在第一压电致动器的一个外侧表面上，第二控制电极布置在第二压电致动器的一个外侧表面上。该压电致动器是用单个陶瓷块材制造的，该块材有一个布置在压电和导电层相互交替的多层结构下面的陶瓷基底。充有正电荷的电极布置在压电致动器的第一表面上，充有负电荷的电极布置在压电致动器的第二表面上。在一个实施例中，控制电路是穿过块材基底中的导电通道与电极连接的。本专利技术还仔细考虑了一种制造压电打印头的方法。这种方法包括提供一个具有布置在陶瓷基底上的压电层的块材，在压电层中嵌入金属胶形式的电极要多个步骤。压电层被分割成小块以形成第一列压电致动器和第二列压电致动器，第二列压电致动器布置在一平行排中的第一列的邻近处。每一列都有一个内表面和一个外表面。公共电极形成于内表面上，而充以相反电荷的电极则形成于外表面上，以公共电极作为接地极，而充以相反电荷的电极则与控制电路相连接。压电层的外表面镀有导电材料。陶瓷块材被切割成一排压电致动器。在一种优选实施方案中，导电层以至少二种不同的，相互交替的排列形式布置。第一种排列形式的布置至少在第一纵向位置处限定一个第一间隙。第二种排列形式的布置至少在不同于第一纵向位置的第二纵向位置处限定一个第二间隙。第一种排列形式的导电层与第一控制电极电气相连，第二种排列形式的导电层与第二控制电极电气相连。本专利技术还仔细考虑了制造一种压电打印头的方法，它包括提供一个具有布置在分层压电结构下面的陶瓷基底的陶瓷块材，该分层结构中在二个相继压电层之间嵌入有导电层，以及切割压电结构以暴露导电层等多个步骤。压电结构镀金金属以形成与导电层接触的第一电极和第二电极。该方法包括切割压电结构以形成一排个体致动器，和把导电通道切割进块材基底的步骤。控制电路通过导电通道与电极相连接。在一种优选方法中，第一小块以第一预定深度形成于压电层中，第二小块平行于第一小块形成于压电层中。第二小块以不同于第一预定深度的第二预定深度形成。第一和第二小块限定了压电致动器的一个列。该致动器列具有一个内表面和一个外表面，共有电极在内表面上，而充以相反电荷的电极则在外表面上。该方法还包括在压电层的外表面上镀以导电材料和以形成压电致动器阵列的第一和第二预定深度之间的第三预定深度，沿上述切割方向的横向方向切割陶瓷块。本专利技术还仔细考虑了一种控制压电致动器的方法，它包括穿过布置在致动器下面的导电通道将控制电路与压电致动器相连接和从控制电路向压电致动器传送信号等多个步骤。信号通过导电通道传送到与致动器接触的控制电极上。通过如下详细说明，附图和所附的权利要求书，对本领域技术人员来说，本专利技术的其他特色和优点将成为明显的。附图说明在研究了下述详细说明和附图后，对本领域普通技术人员来说，本专利技术的益处和优点将更为明显，其中图1A和图1B分别给出了用来形成压电打印头的陶瓷原始块材的顶视图和剖面图和按照本专利技术的原则制造打印头的方法；图2A和图2B分别展示了第一切割步骤后的陶瓷块材的顶视图和剖面图；图3A和图3B分别展示了陶瓷块材被镀以导电金属涂层后的顶视图和剖面图；图4A和图4B分别展示的是在各致动列中完成了将各电极分隔开的浅切口后，陶瓷块材的顶视图和剖面图；图5展示的是在完成了沿浅切口的横向方向的附加切口后的陶瓷块材的顶视图，这些横向切口将致动列与支撑列相隔开；图6给出了分隔出各个个体致动器后的陶瓷块材的顶视图；图7是示意地展示打印头致动器阵列的透视图；图8是打印头的一个剖面图；图9说明打印头组合件，同时示出了独立的喷口板；图10给出具有一体化喷口板的打印头组合件；图11是电极和连接排列形成的一个实施例的示意性剖面图，其中，电极接触是从压电致动器的一侧实现的；图12是电极和连接排列形式的另一个实施例的示意性剖面图，其中，电极接触是从压电致动器的底部实现的。具体实施例方式虽然本专利技术可以有各种实施例，但在附图中所示并在此后将予以说明的几种具体实施例和方法的本公开内容应理解为是作为本专利技术的示例，而决无将本专利技术限制于所展示和说明的具体实施方案和方法的意图。还应理解的是，本说明书这一节的标题，即“本专利技术的详细说明”涉及美国专利和商标局的一个要求，它并不意味着，不暗指，也不应视为对在此处公开的主题内容和本专利技术范围的限制。在一个实施例中，本专利技术所指的是一种具有可供D33直接模式矩阵所用的电极和接触布置形式的压电打印头。首先参照图，这里给出的是单一块材陶瓷结构2。该结构2有一个布置在多层结构6下面的陶瓷材料的基底4。多层结构6由压电材料8形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电打印头，包括： －与第二压电致动器平行布置的第一压电致动器，该第一和第二压电致动器有一布置在它们之间的公共内电极，一第一控制电极布置在该第一压电致动器的一个外表面上，一第二控制电极布置在该第二压电致动器的一个外表面上。

【技术特征摘要】
US 2001-7-13 09/905,7601.一种压电打印头，包括—与第二压电致动器平行布置的第一压电致动器，该第一和第二压电致动器有一布置在它们之间的公共内电极，一第一控制电极布置在该第一压电致动器的一个外表面上，一第二控制电极布置在该第二压电致动器的一个外表面上。2.依照权利要求1的压电打印头，其中，公共内电极是接地端。3.依照权利要求2的压电打印头，其中，控制电极是与控制电路相连接的。4.依照权利要求1的压电打印头，其中，第一压电致动器是由布置在一列的第一排压电致动器形成的，第二压电致动器是由第二排压电致动器形成的，该第一和第二排相互平行并分离开。5.依照权利要求1的压电打印头，其中，第一和第二压电致动器是由多层结构形成的。6.依照权利要求5的压电打印头，其中，多层结构是一种具有插入导电层的压电材料。7.依照权利要求6的压电打印头，其中，插入的导电层是相互平行并彼此分离开的。8.依照权利要求6的压电打印头，其中，插入的导电层以至少二种不同的并相互交替的排列形式布置在压电材料之中，其中，第一种排列形式布置成在第一纵向位置处限定至少一个第一间隙，其中的第二种排列形式布置成在不同于第一纵向位置的第二纵向位置处形成至少一个第二间隙，使得第一种排列形式的导电层与第一控制电极电气相连，第二种排列形式的导电层与第二控制电极电气相连。9.一种压电打印头，包括由单块陶瓷块材料制造的压电致动器，该陶瓷块有一个布置在有交替的压电和导电层的多层结构下面的陶瓷基底；一个布置在压电致动器的第一表面上的带正电荷的电极和一个布置在压电致动器第二表面上的带负电荷的电极；通过块材基底中的导电通道与电极相连接的控制电路。10.依照权利要求9的压电打印头，其中，压电致动器包括一排压电致动器。11.依照权利要求9的压电打印头，其中，压电致动器是一个第一压电致动器并包括一个第二压电致动器，该第二压电致动器是由单块陶瓷块材制造的，该陶瓷块具有一个布置在有交替的压电和导电层的多层结构下面的陶瓷基底，该第二压电致动器包括一个布置在其第一表面上的带正电荷的电极和一个布置在其第二表面上的带负电荷的电极，其中，第一和第二压电致动器的带正电电荷的电极或带负电荷的电极是公共电极。12.依照权利要求9的压电打印头，其中，第一和第二压电致动器都是由布置在一列并限定第一和第二列的一排压电致动器形成的，其中，第一和第二列是相互平行并彼此分隔开的。13.依照权利要求11的压电打印头，其中，公共电极是接地端。14.依照权利要求9的压电打印头，其中，第一和第二压电致动器由多层结构形成。15.依照权利要求14的压电打印头，其中，多层结构是具有插入导电层的压电材料。16.依照权利要求15的压电打印头，其中，插入的导电层是相互平行并彼此分隔开的。17.依照权利要求16的压电打印头，其中，插入导电层以至少二种不同的，交替的排列形式布置在压电材料内，其中，第一种排列形式布置在第一纵向位置处限定至少一个第一间隙，其中的第二种排列形式布置成在不同于第一纵向位置的第二纵向位置处形成至少一个第二间隙，使得第一种排列形式的导电层与第一控制电极电气相连，第二种排列形式的导电层与第二控制电极电气相连。18.一种制造压电打印头的方法，包括如下步骤提供一块具有布置在陶瓷基底上的压电层的块材，该压电层具有以金属胶形式嵌入其中的层状电极；在该压电层中形成一个达到第...

【专利技术属性】
技术研发人员：简玛丽古迪埃雷斯，张宏声，
申请(专利权)人：伊利诺斯器械工程公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]